30年追赶史：中国知识创新可以再往前迈一大步
这些投入取得了什么样的成果？是否已经改变了我国“追赶者”的角色，又能给未来发展带来哪些启示？
以史为鉴，总结过往中国知识创新的利弊得失，是促进我国未来知识创新更好发展的第一步。为此，我们以知识创新成果为导向，聚焦于学术发表和商业专利申请，从国际比较的视角出发，为中国知识创新的30年追赶史绘制出五大画像。
创新数量上升，“质量鸿沟”缩小
由于起步晚，近现代以来，中国的知识创新在数量与质量方面，都曾经与发达国家存在较为明显的差距。从20世纪初开始，美国年度学术论文发表量曾遥遥领先于全球其他国家。从lens.org（专利和学术搜索引擎）的统计数据来看，直到1995年，中国每年发表的学术论文数量还不到全球的3%，远远落后于美国（30%）。
但是，经过近30年的奋起直追，中国年度学术论文发表总量已在2020年超过美国，成为全球当年论文发表数量最多的国家，2020年发表量已占全球的16%左右。
从论文发表的趋势来看，未来中国学术论文年发表数量存在进一步领先于美国的可能（见下图）。
▲中美两国全领域发表的论文数量对比。注：该数据库统计了1996～2020年所有主要学科的文献，涵盖数学、物理、化学、医学、经济学、社会科学以及人文科学等27个研究领域。资料来源：SCImagoJournalCountryRank，中金研究院。
从文献发表的结构来看，我国的材料科学、化学和医学占据发表量的前三位。与21世纪初相比，2015～2020年我国学术文献发表向理工科集中的趋势明显，几乎所有主要理工类学科的文献发表数量占比都要高于2000～2005年。
如果单纯从2015～2020年的发表数量来看，中国在材料科学、化学和计算机科学领域的发表量已经超过美国和欧盟，位列世界第一（见下图）。不过在医学和生物学领域，中国发表数量与美欧依然存在着较大的差距，这可能与生命科学领域知识系统性强、人才培养周期长、中国科研基础薄弱等因素密切相关。
与20世纪90年代中国国际学术论文发表稀少类似，通过《专利合作条约》申请的国际专利数（简称为PCT专利）更是屈指可数，但2000～2019年，中国PCT专利申请数的年均增长率接近26%，同期美国的年均增长率仅为2%（数据来源于WIPO数据中心）。这促使2019年中国PCT专利申请数正式超过美国，成为世界最大的PCT专利申请来源国。
随着中国PCT专利申请数量的增多，中国PCT专利申请数的世界占比也在逐年增加。2000～2020年，中国年PCT专利申请数的世界占比从不到1%提高到25%，而美国则从41%下降到21%。
从PCT专利申请的结构上看，中国专利方面总量增长的主要来源是电气工程领域，目前电气行业申请量已经占据中国PCT专利申请的半壁江山。
单从2015～2017年的PCT申请数量上看，中国在以下专利细分领域至少实现了对美国数量上的赶超，包括电气工程大类的数字通信、电子通信、视听技术和电动机械及能源；仪器行业的控制技术和光学；机械行业的热工艺和设备；其他领域中的消费品（见下图）。
从申请量上看，中国的PCT专利申请的数量仍然保持着高速增长的趋势，预计未来中国PCT每年申请数量领先于其他国家的距离将进一步拉大。
尽管有些人认为中国的论文发表和PCT专利申请数的快速上升，是因为存在数量导向的政策激励，并且认为这些政策可能拉低了中国知识创新的质量，但是多种质量指标表明，中国知识创新的整体质量在过去20多年里取得了较为明显的进步，与发达国家的“质量鸿沟”正在不断缩小。
知识网络核心占比不够多，原创性待突破
与发达国家悠久的现代学术和专利体系相比，中国参与全球科创体系时间较晚。尽管人类科创知识的产出具有随机性，但很少是孤立产生的。
在现代科学体系中，文献间的引用与被引用关系，已经成为科创知识产出中的必备信息。正是人类记录的这种引用与被引用关系，构建了全球的知识网络。
利用这个知识网络，我们可以一窥人类知识发展的传承体系，了解人类创新趋势的变动以及每一次创新活动的重要性。这对理解创新发生的时间、地点、技术领域以及探索创新活动背后的演进规律具有重要意义。
从我国的学科结构来看，近年来中国论文的引用网络主要分布于计算机科学、材料科学和生物学，在其他领域中则只有零星的一些连接关系。在引用关系网络图中，越靠近学科区块核心位置的论文，在学科中被引用的次数越多。
而与中国相关的引用网络大多数位于其行业或学科区域的边缘，同时密度较低，这在一定程度上表明，中国的论文发表在核心位置的占比依然较低。同时从引用关系网上，我们发现当前中国的学术文献偏向集中在应用学科领域，基础学科较为不足。
全球自1978年以来的PCT专利的引用关系网络中，一方面，电气工程与化学工程行业的专利分布相对集中，与其他行业交叉较少，表示这两个行业的内部引用较多。
另一方面，机械工程和仪器行业位于引用关系网络的中心位置，二者互相交织，并且和其他行业联系较多。这表明机械工程和仪器行业在所有专利中，扮演着为其他产业提供广泛的通用技术和产品支持的角色。
关于中国PCT专利申请在全球专利引用关系网络中的位置，我们发现中国PCT专利主要聚集在电气工程领域的边缘地带，但是在其他行业领域，中国专利的分布较少。这与前文关于学术论文的讨论相似，尽管在电气工程领域中国专利分布较多，然而从总体上来看，中国的专利分布比较靠边缘，并且核心专利的占比相对较小。
原创性对科技发展的重要性不言而喻，但是如何客观地衡量原创性一直是个难题。利用知识创新引用网络的特点，我们根据全球的文献或专利引用关系，可以估算出中国不同学科或领域的论文及专利的原创性指数。
我们利用MicrosoftAcademic的数据，计算出2010～2015年中美两国学术论文的原创性指数并进行比较分析。我们发现，相较于美国，中国在材料科学、物理学方面的原创性与美国接近，但是其他多数学科仍落后于美国，其中医学、计算机科学以及工程学与美国的差距较大。
与学术论文发表类似，美国几乎所有领域PCT专利的原创性都要高于中国。在五个行业大类中，中国在电气工程行业的专利原创性相对较高。比较有意思的是，中国在半导体领域的原创性略高于美国，一个可能的原因是由于技术和产业交流受限，我国只能在半导体领域开展自主研发，这在一定程度上提升了中国在该领域的原创性。
“产业强、学研弱”，需要更多科技前沿企业
知识创新成果转化是指对基础和技术研究中所产生的具有实用价值的知识创新成果进行的后续试验、开发、应用、推广直至形成新产品、新工艺、新材料，发展新产业的活动。狭义上来讲，知识创新成果转化包含两种类型：一个是基础研究的创新成果向商业专利的成果转化，我们用基础研究成果转化效率度量；另一个是商业专利向商业产品的产业转化，我们用专利产业化率来度量。
我国的基础研究工作主要由高校和科研院所承担，不过从基础研究成果向商业专利转化的过程来看，我国与美国、日本等国家存在差距。
其中，在网络信息和制造与工程领域，我国基础研究对相关商业专利的支持程度更是微乎其微，这说明我国基础研究与商业技术研发的衔接能力弱，高校和科研院所对我国商业应用型创新活动的支持不够。
中国商业专利的产业化率整体并不低，但其中大学和科研院所明显弱于发达国家。同很多发达国家相似，中国的企业在专业申请方面也占据着主导地位，中国企业PCT专利申请数占我国总PCT申请数比例已超80%。中国企业的专利产业化率大概为45%，与发达国家相比并不低，但其中由大学和科研院所主导的商业专利产业化率则明显低于发达国家的水平，可能拉低了平均值。
因此，无论是基础研究的成果转化，还是商业专利的产业化，中国的大学和科研院所的表现都相对弱于发达国家，而企业表现则与其他发达国家相当。
在UNCTAD（联合国贸易和发展会议）定义的11个数字化、新科技前沿领域中，中国的全球学术发表和商业申请占比都比较高。
比如，截至2018年，中国在人工智能、物联网、大数据、区块链等11个前沿领域的学术论文存量占全球总量的比重为13%，美国为21%；商用专利的比重为22%，美国为30%，中国整体表现较为优异。
然而在科技前沿企业层面，除了无人机和太阳能光伏领域外，全球领先的中国企业稀缺。这既可能是因为中国前沿领域的知识创新还没有办法给中国相关企业带来竞争力，也可能是因为中国相关企业自身竞争力弱，限制了中国知识创新成果的转化。但无论是哪种情况，都表明中国在前沿领域的知识创新落地方面存在掣肘。
高质量创新背后隐藏着比较优势，既是动力也是挑战
从成果来看，中国不同学科的知识创新活动有些表现优异，有些则稍逊一筹。而那些创新成果质量高、数量多、转化率或产业化率高的领域背后，往往都有明显的市场力量在发挥作用。尤其从国际贸易视角来看，这些知识创新领域所对应的产业更属于中国具有比较优势的产业。
事实上，这种现象并非孤例，知识创新与比较优势的正向反馈似乎是一个相对普遍的规律，但这种正向反馈却对中国实现跨越式发展提出难题，即如何在市场力量薄弱或者缺少比较优势的领域，促进相关学科知识创新活动的高质量发展。
比如，我国与电气行业相关的基础研究，包括材料科学与计算机科学，文献发表量占比不仅在各行业中名列前茅，而且在过去20年里都呈现上升趋势；与电气行业相关的PCT专利申请更是占据了最近几年我国PCT专利申请的半壁江山，同时在原创性上，电气行业相关的PCT专利也处于国内各领域领先的位置。这表明我国的电气行业的知识创新充满活力，而与高质量的创新活动相对应的是相关行业的出口也同样出色。
那么，为什么中国的电气相关行业的知识创新与国际贸易活动都呈现出较高的活力？这背后隐藏的比较优势扮演了重要的角色。
根据OECD（2016）对制造业的分类标准，科技商品可分为高技术、中高技术、中技术和中低技术四类。其中高技术制造主要包括航空航天设备、计算机通信、电子及光学设备和医药设备。中国当前还没有根本改变劳动力密集的禀赋条件，因而高技术制造业似乎并不符合中国产业发展的比较优势。但如果我们将OECD定义的中高技术制造业按照资本和技术密集需求情形进行分类，就会发现计算机通信是高技术产业中最符合我国比较优势的行业。
按照OECD的定义，我们将中国和美国的中高技术的6个制造业根据资本和技术的密集度，做了散点图进行分析。与对高技术行业的普遍认知不同，以美国为参照，计算机通信和其他电子设备对于资本密集程度的要求低于航空航天和医药行业，甚至计算机通信的资本密集度还要低于中技术的汽车和化学原料及制品产业。计算机通信行业在高技术产业中具有相对的劳动密集型特征，而这恰好符合中国劳动力相对密集的比较优势。
因此，中国在计算机通信以及电子设备领域形成了知识创新与企业收益相互反哺的良性循环。这也就解释了为什么中国的知识创新和出口都能够在电气工程行业有比较好的表现。
事实上，中国电气领域比较优势与创新能力间的正反馈关系并非个例，对一个国家而言，具有比较优势的领域，往往相关的知识创新能力也相对较强。按照OECD（2016）的制造业分类标准，我们分别计算出2000年和2019年中美四个技术分类下的专利和出口的相对比较优势指数（RCA），可以发现不同技术领域的专利的相对比较优势与国际贸易的相对比较优势的走势基本保持明显的正相关关系。
比如美国贸易的比较优势在于高技术领域，过去20年，这种情况并未发生改变，其专利申请的比较优势也突出体现在高技术领域。而中国2000年左右具备比较优势的领域主要集中在中低技术的劳动密集型产业，因此2000年左右，中国专利申请的比较优势主要也集中在中低技术领域。但是到了2019年，中国的比较优势偏移到了以计算机通信为主的高技术领域，我们观察到专利申请的RCA也发生了类似的偏移。
知识创新与贸易比较优势的强相关性，可以帮助我们引导市场力量推动中国知识创新活动的发展，但另一方面也对中国知识创新的跨越式发展带来了约束。
当前中国在很多领域（比如航空和医药）并不具备比较优势，单纯依靠市场力量没有办法反哺这些领域的知识创新活动，但是这些领域对中国的发展却具有重要的意义，那么如何克服比较优势的约束，如何发挥政府的市场补位作用，就成了我们必须要面对的挑战。
知识创新国际合作仍有提升空间
在知识创新的过程中，不同国家的科研工作者合作，不仅可以提高人类攻克难题或者认识自然与社会的效率，而且为全人类共同学习和分享知识创新果实提供了一个重要途径。
对于中国来说，参与全球知识创新合作不仅有助于避免闭门造车以及重复无效的研究，缩小与国际知识创新前沿的差距，同样也可以为全球的创新提供方向和资源的支持。
通过分析中国学术论文和PCT专利申请的中外合作情况，我们发现我国参与国际知识创新合作仍有较大提升空间，并且近年来知识创新国际合作的增长势头放缓，这对政策应对提出了新的要求。
由于跨国合作可以帮助研究者节约科研经费、共享研究资源、探究全球性的学术课题，国际合作已经成为提高科研效率的重要方式。比如，2016年，中美合作的理工科论文占美国所有理工科合作论文数的23%，占中国理工科合作论文数的46%，中美互为对方最重要的理工科学术合作国家，中国已经成为国际学术合作的重要参与者。
但从趋势上看，近几年中国参与国际学术合作的增长步伐放缓。自1995年以来，世界主要发达国家都在加强跨国学术合作，合作论文占比呈上升趋势，而中国的国际学术合作却经历了三个阶段的变化。
第一阶段，1995～2007年前后，随着中国自身学术实力的增强，本国论文产出增速大于国际合作论文增速，国际合作论文占比相对下降。
第二阶段，2007～2016年，中国开始加速融入全球学术体系，国际合作研究变得越发普遍，合作论文占比快速增加。
第三个阶段，自2016年起中国国际合作论文占比仍然低于其他发达国家，且上升趋势出现了停滞的迹象，而其他发达国家论文发表的国际合作比例则在继续增高。
另外，我国国际合作PCT专利申请数量从2013年开始就落于每年3000件至5000件的区间内，并没有随着中国整体PCT专利申请数量的增加而同比例增长，因而占比明显下降。
事实上，在21世纪初，由于科技实力较为落后，中国的发明活动依赖于与发达经济体的合作，约有1/3的PCT专利为中外发明人共同申请，不过随着中国专利申请的启动，国际PCT专利占比一开始出现小幅下降；而加入WTO之后，中外经贸合作加强，中国国际合作专利占比明显提升；进入2006年，虽然国际合作PCT专利申请数量仍在上升，但是国内PCT专利申请增势迅猛，导致中国国际合作PCT专利申请占比下滑；进入2013年之后，中外国际合作PCT专利数量上升趋势放缓。
中外合作专利占比的下降一方面体现出中国自身科技创新能力的增强，另一方面也可能体现出中国产业结构转型中遭遇的现实阻碍。从2013年开始，中国开始强调产业结构转型，要改变以往粗放型增长的模式，扩大内需，提倡产业结构升级。
中国在全球产业链中往往处于价值链的尾端，对创新的要求相对较低，而发达国家往往掌握着上游产业链的创新优势。在一个国家主动进行产业链升级之前，国内企业与国外企业往往是合作关系，但是当该国开始主动进行产业链升级时，其与发达国家的竞争关系可能变强，从而导致合作意愿降低。但无论如何，中外国际专利合作没有大突破，意味着社会效率损失，需要积极的政策干预。
回归“初心”，迎接知识创新挑战
回顾过去30年，我国知识创新活动日益融入全球主流的科技创新活动中，并结出了丰硕的成果。中国的知识创新活动已经从原先的模仿和跟随逐渐向自主创新过渡，甚至在部分领域已经开始扮演引领者的角色。
▲2021年12月19日拍摄的“中国天眼”全景（无人机照片）。新华社记者 欧东衢 摄
然而在中国经济快速发展和全球科技竞争日益激烈的大背景下，考察当前中国的知识创新成果也暴露出一些中国科创活动不得不面对的问题，包括原创和引领性仍不够、知识性的科创成果向产品的转化程度不高、国际合作面临新的挑战。
要解决这三个问题，就需要我们继续保持“追赶者”的谦虚心态，积极总结知识创新活动的规律，对传统的追赶型制度环境进行调整，回归知识创新的初心，优化我国知识创新体系。
人类进行科技探索的初心是为了“提高大众的福祉”，只有回归初心，知识创新才能与社会经济活动相互支持，知识创新也才会更有生命力和持续力，真正推动社会进步、经济发展。从中国科技创新成果出发，下述三点对回归“科创初心”具有指导意义。
第一，吸取国际经验，围绕知识创新的“初心”构建考核和激励体系，同时政府应补齐市场对高科技知识创新产品转化需求的缺位。
为了纠正过度单一化的科研评价体系导致的原创性和知识创新成果转化度不高的问题，教育部在2018年提出要破除唯分数、唯升学、唯文凭、唯论文、唯帽子等具有典型“追赶”特征的激励政策。
在破除这“五唯”之外，更要建立更加符合“初心”要求的有效的整体化科研评价体系。而针对科研评价体系的改革过程，国际科研评价体系的经验值得借鉴。
比如，法国科研评价体系中按重要程度排序的6个主要指标中，研究质量就被排在了首位。在重视研究质量的同时，欧洲的科研评价也开始注重科研成果对于社会经济等诸多方面的影响。比如在荷兰科研评价体系中，社会相关性作为一个重要的评价指标被纳入评价体系。
因此，我国完善科研评价体系时，应进一步注重科研成果质量，鼓励原始创新，提升科研成果的商业转化。当前，中国在部分高科技行业并不具备比较优势，缺少足够的市场转化需求。对此政府应该及时补位，让市场成为拉动知识创新成果，特别是高技术成果转化的暖房。
第二，打造国内学术共同体，营造清朗健康的科创文化环境。
相同的学术价值观和道德体系有助于培养年轻一代科研工作者统一的科创价值观，而这正是学术共同体保持清朗健康的科创文化的重要功能。长远地看，良好的学术共同体与良好的学术生态环境相辅相成，但这都离不开国家顶层设计。
以美国联邦政府为例，“二战”后美国加大了对科学技术的支持，还在各界创造了一种共识氛围：从事基础研究工作是令人尊敬的。同时，美国政府不对资助预算做出课题限制，尊重科学家的自由探索精神，鼓励科学家从事自己认为值得做的研究。
在英国，学术造假会被纳入诚信记录跟随一生，长期影响其未来工作和学习。只有良好的制度设计才可以让科研人员以身作则，去伪存真，真正营造鼓励知识创新、求真求实、探索未知、服务人类的科创文化环境。
第三，坚持学术开放，鼓励国际科创交流合作，深化与全球知识创新体系的融合。
学术开放有利于科学研究思想的迸发，支持科研工作者参与国际科技合作对于完善我国的知识创新体系具有重要意义。目前，国内许多知识创新课题仍处于跟随西方主流研究议题的位置，加强学术合作有利于促进我国科研课题与全球接轨，并且能在学术交流中产生思想的激荡，提升知识创新效率。
同时，鼓励国际知识创新合作也有利于让我国具有影响力的研究走出国门，推动世界更好地认识和了解中国，促进我国的知识创新体系与全球创新体系更好地融合。在逆全球化思潮略有抬头的当下，我们更应该为了全人类共同的福利，积极地支持和鼓励知识创新活动的国际合作和交流。
《创新：不灭的火炬》
中金公司研究部、中金研究院 著
中信出版集团，2022年2月出版